T.C.
DÜZCE ÜNİVERSİTESİ
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
SALINCAK KOLU BURÇLARININ ÇIKMA YÜKÜNÜ
ETKİLEYEN PARAMETRELERİN İNCELENMESİ
AYHAN AKGÜNOĞLU
YÜKSEK LİSANS TEZİ
MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI
DANIŞMAN
T.C.
DÜZCE ÜNİVERSİTESİ
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
SALINCAK KOLU BURÇLARININ ÇIKMA YÜKÜNÜ
ETKİLEYEN PARAMETRELERİN İNCELENMESİ
Ayhan AKGÜNOĞLU tarafından hazırlanan tez çalışması aşağıdaki jüri tarafından Düzce Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Makine Mühendisliği Anabilim Dalı’nda
YÜKSEK LİSANS TEZİ olarak kabul edilmiştir. Tez Danışmanı
Prof. Dr. Fehmi ERZİNCANLI Düzce Üniversitesi
Jüri Üyeleri
Prof. Dr. Fehmi ERZİNCANLI
Düzce Üniversitesi _____________________
Prof. Dr. Hamit SARUHAN
Düzce Üniversitesi _____________________
Doç. Dr. Murat ÖZSOY
Sakarya Üniversitesi _____________________
BEYAN
Bu tez çalışmasının kendi çalışmam olduğunu, tezin planlanmasından yazımına kadar bütün aşamalarda etik dışı davranışımın olmadığını, bu tezdeki bütün bilgileri akademik ve etik kurallar içinde elde ettiğimi, bu tez çalışmasıyla elde edilmeyen bütün bilgi ve yorumlara kaynak gösterdiğimi ve bu kaynakları da kaynaklar listesine aldığımı, yine bu tezin çalışılması ve yazımı sırasında patent ve telif haklarını ihlal edici bir davranışımın olmadığını beyan ederim.
08 Ocak 2019
TEŞEKKÜR
Yüksek Lisans öğrenimimde ve bu tezin hazırlanmasında gösterdiği her türlü destek ve yardımlarından dolayı çok değerli hocalarım Prof. Dr. Fehmi Erzincanlı’ya, Prof. Dr. Hamit Saruhan ve Doç. Dr. Murat Özsoy’a en içten dileklerimle teşekkür ederim. Bu çalışma boyunca maddi ve manevi yardımlarını ve desteklerini esirgemeyen; Düzce Üniversitesi Araştırma Görevlileri Fikret Polat, Rıdvan Ongun, Yakup Okan Alpay, Mert Kılınçel, Melih Aktaş’a, Teknorot Otomotiv Ürünleri Fabrikası bünyesinde çalışırken tez ile alakalı araştırmalarıma yardımcı olan Ar-Ge ve Kalite birimindeki çalışanlara teşekkürlerimi sunarım.
Teknorot Otomotiv Ürünleri fabrikasında çalışmalarım sırasında ki test ve benzeri verileri kullanmama izinlerinden dolayı eski Ar-Ge Direktörü Murat Işık Bey’e Ar-ge Müdürü Murat Arslanoğlu Bey’e teşekkürlerimi sunarım.
Ve Pamukkale Üniversitesi Kontrüksiyon ve İmalat Anabilimdalı Başkanı Malzeme Uygulama Araştırma Merkezi Müdürü Prof. Dr. Cemal Meran hocama ve aynı bölüm hocalarından Doç. Dr. Özler Karakaş hocama destekterinden dolayı teşekkür ederim. Ve tez çalışmam sırasında Teknorot Otomotiv Ürünleri firmasında çalışma arkadaşım olan, bilgi ve test işlemlerinde yardımlarını esirgemeyen, yakın zamanda kaybettiğimiz, Fatihalarla andığımız, Emre Çelikağ arkadaşımızı her zaman rahmetle anıyorum, ruhu şad olsun.
Sevgili Anneme ve Pamukkale Üniversitesi Gıda Mühendisliği yüksek lisans öğrencisi Özlem Tuğrul’a manevi desteklerinden dolayı teşekkür ederim.
İÇİNDEKİLER
Sayfa No
ŞEKİL LİSTESİ ... VIII
ÇİZELGE LİSTESİ ... X
KISALTMALAR ... XI
SİMGELER ... XII
ÖZET ... XIII
ABSTRACT ... XIV
1.
GİRİŞ ... 1
2.
SÜSPANSIYON SISTEMLERI ... 3
2.1. SÜSPANSİYON SİSTEMİNİN ELAMANLARI ... 7
2.1.1. Yaylar ... 7
2.1.1.1. Yaprak Yaylar ... 8
2.1.1.2. Helisel Yaylar ... 8
2.1.1.3. Burulma Çubuklu Yaylar ... 9
2.1.1.4. Pnömatik Yaylar ... 9
2.1.1.5. Hidro Pnomatik Yaylar ... 9
2.1.1.6. Lastik Takozlar ... 11
2.1.2. Amortisörler ... 11
2.1.3. Rotiller ... 12
2.1.4. Denge Çubukları ... 13
2.1.5. Askı Sistemleri... 14
2.2. SABİT ASKI SİSTEMLERİ ... 14
2.2.1. Sabit Süspansiyon Sistemi ... 15
2.2.1.1. Sabit Süspansiyon Sisteminin Özellikleri ... 15
2.3.1.1. Mac-Pherson serbest süspansiyon sisteminin özellikleri... 20
2.3.2. Çift Salıncaklı Bağımsız Süspansiyon Sistemleri ... 20
2.3.3. Burulma Çubuklu Bağımsız Süspansiyon Sistemleri ... 22
2.3.3.1. Burulma çubuklu yayların özellikleri ... 22
2.3.4. Yarı Çeki Salıncaklı Bağımsız Süspansiyon Sistemleri ... 22
2.4. HAVALI SÜSPANSİYON SİSTEMİ ... 23
2.4.1. Havalı Süspansiyon Siteminin Özelikleri ... 25
2.5. AKTİF SÜSPANSİYON SİSTEMİ... 25
2.5.1. Aktif Süspansiyon Sisteminin Özellikleri ... 29
3.
SÜSPANSIYON SISTEMININ GEOMETRILERI ... 30
3.1. ÖN DÜZEN GEOMETRİLERİ ... 30
3.1.1. Ön Düzen Açıları ... 31
3.1.2. Kamber açısı ... 31
3.1.2.1. Kamber Açısının Etkileri ve Amaçları ... 32
3.1.3. King Pim açısı... 33
3.1.3.1. King Açısının Taşıt Üzerindeki Etkileri ve Amaçları ... 34
3.1.4. Toplam Açı ... 34
3.1.5. Kaster Açısı ... 35
3.1.5.1. Kaster Açısının Taşıt Üzerindeki Amaçları ve Etkileri ... 36
3.1.6. Toe Açısı... 37
3.1.6.1. Toe Açısının Taşıt Üzerindeki Amaçları ve Etkileri ... 37
3.2. DÖNÜŞLERDE TEKERLEK AÇILARI... 38
4.
SÜSPANSİYON
SİSTEMİNDEKİ
BURÇ-SALINCAK
İKİLİSİNİN
ÇIKMA
PARAMETRELERİNİN
ARAŞTIRILMASI VE ANALİZ-TEST İŞLEMLERİ ... 39
4.1. ARAÇ SÜSPANSİYON SİSTEMİNDEKİ SALINCAK VE BURÇLAR ... 39
4.1.1. Salıncak Kollarının Yapısal Özellikleri ... 41
4.2. BURÇ SALINCAK YATAĞI ÇAPLARININ EŞLEŞMELERİNİN BELİRLENMESİ ... 43
4.3. ÇAPLAMA MİKTARI VE ÇAPLAMA SONRASI KAUÇUK PARAMETRELERİNİN BURÇLARIN ÇIKMA DEĞERLERİNE OLAN ETKİSİNİN İNCELENMESİ ... 45
4.4. KAUÇUK DEĞERLERİNİN İNCELENMESİ... 47
4.5. ÇAPLAMA İŞLEMİ VE KAUÇUK DEĞERLERİNE GÖRE ÇIKMA KUVVETLERİNİN İNCELENMESİ ... 51
4.6. BURÇ-SALINCAK ÇAPLARINDA YÜZEY PÜRÜZLÜLÜĞÜNÜN ETKİLERİ VE SÜRTÜNME DEĞERİNİN PROGRAMA GİRİLMESİ YLE ANALİZİNİN YAPILMASI ... 51
4.6.1. Sürtünmeli Sıkı Geçme Bağıntılarının Hesaplanması ... 52
4.6.2. Sürtünmeli Sıkı Geçme Bağıntılarının Hesaplanmasında Deneysel Çalışma ... 53
4.6.3. Sıkı Geçme Bağıntılarının Hesaplanmasında Deneysel Veriler ... 53
4.6.4. Programında Salıncak ve Burçların Tasarlanması ... 57
4.6.5. Montaj Modelinin Analizinin Hazırlanması ... 61
4.6.6. Sonlu Elemanlar Yönteminin Kullanılması ... 68
4.6.7. Von Mises Gerilim Analizi ... 70
5.
SONUÇLAR VE ÖNERİLER ... 78
6.
KAYNAKLAR ... 80
ŞEKİL LİSTESİ
Sayfa No
Şekil 1.1. Süspansiyon sistemi [2]. ... 1
Şekil 2.1. Araca etki eden kuvvetler [7]. ... 5
Şekil 2.2. Aracın yaptığı hareketler [7]. ... 5
Şekil 2.3. Başka bir açıdan süspansiyon sisteminin parçaları [9]. ... 6
Şekil 2.4. Süspansiyon sisteminin kısım ve parçaları [4]. ... 7
Şekil 2.5. Otomobil süspansiyonlarında kullanılan helezon yaylar [14]. ... 8
Şekil 2.6. Hidro pnömatik yay örneği [17]. ... 10
Şekil 2.7. Amortisör kısım ve çevrimleri [20]. ... 12
Şekil 2.8. Askı sistemleri [11]. ... 14
Şekil 2.9. Serbest süspansiyon sistemi. ... 17
Şekil 2.10. Mac-Pherson sisteminin yapısı. ... 18
Şekil 2.11. Honda Civic 2018 Mac-Person bağımsız süspansiyon sistemi [32]. ... 19
Şekil 2.12. Çift salıncaklı bağımsız ön süspansiyon sistemi [34]. ... 20
Şekil 2.13. Çift salıncaklı süspansiyon sistemi [22]. ... 21
Şekil 2.14. Havalı süspansiyon sisteminin araç üzerinde görünümü [28]. ... 23
Şekil 2.15. Havalı süspansiyon sisteminin yapısı [38]. ... 23
Şekil 2.16. Hava körüklerinin yapısı [38]. ... 24
Şekil 2.17. Audi quattro havalı yay komplesi [38]. ... 24
Şekil 2.18. Aktif süspansiyon sistemi [39]. ... 26
Şekil 2.19. Solda elektromanyetik süspansiyon sistemi – Sağda amortisör ve yaylı geleneksel süspansiyon sistem [41]. ... 27
Şekil 2.20. Aktif süspansiyon sistemi gereçlerinin araç üzerindeki yerleri. ... 27
Şekil 2.21. Aktif süspansiyon sistemi [42]. ... 28
Şekil 3.1. Toe-Kamber ve kaster açılarının tekerlek sistemi üzerinde gösterimi [36]. ... 30
Şekil 3.2. Taşıtın ön düzeni oluşturan parçaları ve kanber açısı [43]. ... 31
Şekil 3.3. Serbest Süspansiyonlu Araçlarda Kanber Açısı [43]. ... 32
Şekil 3.4. Kanber açısı ve oluşan kanber kuvvetinin değişimi [43]. ... 33
Şekil 3.5. King-Pim Açısı [33]. ... 34
Şekil 3.6. Toplam Açı [43]. ... 35
Şekil 3.7. Kaster açısı. ... 36
Şekil 3.8. Toe açıları. ... 37
Şekil 4.1. Burçlu salıncak kolu. ... 40
Şekil 4.2. Çeşitli sac salıncak gövdeler. ... 41
Şekil 4.3. Çaplama kalıbı ve kesit görünümü [51]. ... 45
Şekil 4.4. Çaplama aparatları ve kalıbı. ... 46
Şekil 4.5. Ön yükleme şematik gösterimi [52]. ... 46
Şekil 4.6. Kumlama süresine bağlı olarak maksimum kuvvetin değişimi. ... 50
Şekil 4.7. Kumlama işlemi yapılmış ve salıncaklara çakılmış burçlar (B_01). ... 54
Şekil 4.8. Kumlama işlemi yapılmış ve salıncaklara çakılmış burçlar (B_02). ... 54
Şekil 4.9. Çıkma testinden sonra salıncak denge kolları yuvalarının genel görünümleri. ... 55
Şekil 4.10. Salıncak denge kolu yatağının burç çıkma testinden sonra yakın yüzey
görünümü. ... 55
Şekil 4.11. Çıkma testinden sonra pürüzlülük değerlerinin Mahr marka ölçüm cihazı ile ölçülmesi. ... 56
Şekil 4.12. Çıkma testi işleminden sonra pürüzlülük değerlerinin ölçülmesi. ... 56
Şekil 4.13. Çıkma testinden sonra çıkan burçların yüzey pürüzlerinin ezilmesiyle parlayan görünümleri. ... 56
Şekil 4.14. Ölçülen pürüzlülük değerleri. ... 57
Şekil 4.15. Üretilen ve testlerde kullanılan kauçuk-metal burç kesit görünümü ve boyutları. ... 58
Şekil 4.16. Analizde kullanılacak sac salıncak denge kolunun teknik resmi ve katı modeli. ... 58
Şekil 4.17. Analiz öncesi burçların salıncak denge kolu üzerinde duruşu. ... 59
Şekil 4.18. Analiz tipinin seçilmesi. ... 62
Şekil 4.19. Analizde temas eden yüzeylerin seçim aşaması. ... 63
Şekil 4.20. Analizde temas eden yüzeylerin seçimi ve sürtünme katsayısı girilmesi. .... 63
Şekil 4.21. Sabit yüzeyin seçilmesi. ... 64
Şekil 4.22. Simetri yüzeylerinin seçilmesi. ... 65
Şekil 4.23. Düz yüzlerde kuvvet oluşturulması ve hareket yönlerinde ölçü tanımlanması. ... 66
Şekil 4.24. Analizi yapılan salıncak denge kolunun tasarlanan görünümü. ... 69
Şekil 4.25. B_01 Kodlu salıncak denge kolunun KB ve BB kodlu burç ve sac salıncağın sonlu elemanlar statik analizi için matematiksel modeli. ... 70
Şekil 4.26. 38,025 gövde ve 38,060 mm çaplı burcun 0,3 sürtünme katsayısı ile von mises gerilme sonucu. ... 72
Şekil 4.27. 46,025 gövde ve 46,070 mm çaplı burcun 0,61 sürtünme katsayısı ile von mises gerilme sonucu. ... 73
Şekil 4.28. Burca uygulanan kuvvetin ölçülmesi. ... 74
ÇİZELGE LİSTESİ
Sayfa No
Çizelge 4.1. Burç ve salıncak çapı seçiminde tolerans belirlenmesi [50]. ... 43
Çizelge 4.2.Salıncak ve burç malzeme cinsleri. ... 45
Çizelge 4.3. Epdm kauçukların sertlik ve yoğunluk değerleri. ... 48
Çizelge 4.4. EPDM/Metal yapışma testi sonuçları. ... 49
Çizelge 4.5. Salıncak ve burç malzeme cinsine bağlı sıkılık değerlerine göre çıkma kuvvetleri. ... 51
Çizelge 4.6. Burç ve salıncak kod ve çap örnekleri. ... 59
Çizelge 4.7. Dış borunun mekanik özellikleri. ... 60
Çizelge 4.8. Salıncak malzemesinin mekanik özellikleri. ... 61
Çizelge 4.9. B denge kolunun K-1 ve K-2’nin mekanik özellikleri. ... 67
Çizelge 4.10. Salıncak denge kolunun KB ve BB’nun temas ve birleşim temas seti. .... 68
Çizelge 4.11. Mesh bilgisi. ... 70
Çizelge 4.12. Detaylı mesh bilgisi. ... 70
Çizelge 4.13. Salıncak denge kolu ve burç arasında oluşturlan sıkılık değerleri. ... 72
Çizelge 4.14. Sürtünme ve toleranslara bağlı olarak gerilme ve basma yükü sonuçları. 75 Çizelge 4.15. B_01 Salıncak denge kolu burcu için kumlama sonucu oluşan pürüzlülük değerleri ve çıkma kuvvetleri. ... 76
Çizelge 4.16. B_02 salıncak denge kolu için kumlama sonucu oluşan pürüzlülük değerleri ve çıkma kuvvetleri. ... 77
KISALTMALAR
Ag Gerçek temas alanı
An Hesaplanan temas alanı
Df Geçme çapı
Dg Göbek dış çapı
dk Dakika
Dm İçi boş miller için mil iç çapı
Eg Göbek elastik modülü
Em Mil elastik modülü
F Eksenel iletme kuvveti (Axial force to be transmitted) FEA Sonlu Elemanlar Stres Analiz Yöntemi (Finite Element
Analysis)
kgf Kilogram kuvvet
kN P1 ile: maksimum mutlak gerilim ve P3: minimum mutlak normal gerilim
mm Milimetre
mm/sn Milimetre/Saniye
mm/dk Milimetre/Dakika
MPa Megapascal
Ra Aritmetiksel ortalama sapma
Rpm Devir/dakika
Rz, G Göbek yüzey pürüzlülüğü
Rz, M Mil yüzey pürüzlülüğü
sn Saniye
TL Türk Lirası
Vg Göbek poisson oranı
Vm Mil poisson oranı
Zmin Tork iletimi için gerekli minimum sıkılık
SİMGELER
R,r Radüs
sn Saniye
T İletilmek istenen tork
ρ µ
Mil / Göbek malzemesinin yoğunluğu Sürtünme katsayısı
ÖZET
SALINCAK KOLU BURÇLARININ ÇIKMA YÜKÜNÜ ETKİLEYEN PARAMETRELERİN İNCELENMESİ
Ayhan AKGÜNOĞLU Düzce Üniversitesi
Fen Bilimleri Enstitüsü, Makine Mühendisliği Anabilim Dalı Yüksek Lisans Tezi
Danışman: Prof. Dr. Fehmi ERZİNCANLI Ocak 2019, 84 sayfa
Araçlarda sarsıntılara karşı kurulan düzenler ve süspansiyon sistemi; rahatlıkla birlikte güveni sağlayan elamanlar grubudur. En iyi bir şekilde tasarlanmaları ve üretilmeleri diğer sistemler ile birlikte mükemmel çalışması açısından da zorunludur. Arabaların ön düzenlerinde bulunan ve süspansiyonlarla birlikte çalışan salıncaklar, araçların herhangi bir çukura aniden girmesiyle meydana gelebilecek zararı önleyebilmelidir. Ancak bu çukurlar çok sert birşekilde düşülmesiyle araçta salıncak arızasıyla karşılaşılabilinir. Araçlarda ki bu parçalar arasında oldukça önemli olan araba salıncağının da kendi içerisinde önemli parçaları bulunmakta ve salıncak burcu da bu parçalardan birisidir. Taşıtlarda süspansiyon sisteminin en önemli parçalarından biri olan salıncak kolu, tekerlekleri istenen konumda tutmak ve hareketin sadece yukarı ve aşağı yönlerde güvenli bir şekilde gerçekleştirilmesi gibi önemli iki işleve sahiptir. Ayrıca ivmelenme neticesinde ortaya çıkan yatay kuvvetlerin karşılanarak, hareketin yeteri konforda ve emniyetli bir şekilde sınırlandırılması diğer bir önemli görevini oluşturmaktadır. Salıncak kolları üzerindeki burç–yatak eşleşmesinden beklenen en önemli görev, bakım sırasında özel ekipman kullanılarak yapılan zorlanma haricinde kullanım koşullarındaki yükler altında montaj yerinden hiçbir şekilde çıkmamasıdır. Hareket eden bir araçta benzer bir burç çıkma olayının meydana gelmesinin, ciddi oranda maddi ve en önemlisi de hayati kayıplara yol açabileceği açıktır. Bu tür bağlantılarda, çıkma kuvvetini etkileyen tüm değişkenlerin ele alınması ve verilen konstrüksiyon için en uygun montaj şartlarının belirlenmesi son derece faydalı olacaktır. Yapılan araştırmalar ve testler sonucunda yüksek çıkma kuvvetine sahip bir ürünün ortaya çıkması için bilgi sağlanacaktır. Tez kapsamında; Genel olarak mevcut durumda incelenmesi gereken; 1-Burç-yatak çap uygunlukları, 2-Çaplama miktarı ve çaplama sonrası kauçuk değerlerinin çıkma kuvvetine olan etkisinin incelenmesi, 3-Yüzey pürüzlülük değerinin çıkma kuvvetine olan etkileri, olmak üzere üç ana başlık olarak inceleme işlemi yapılacaktır.
ABSTRACT
WISHBONE ARM OF THE BUSHES LOADING OUTPUT AFFECTIVE INVESTIGATION OF THE PARAMETERS
Ayhan AKGÜNOĞLU Düzce University
Graduate School of Natural and Applied Sciences, Department of Mechanical Engineering
Master’s Thesis
Supervisor: Prof. Dr. Fehmi ERZİNCANLI January 2019, 84 pages
Shocks and suspension systems installed on vehicles; group of elements providing comfort and confidence. It is also imperative to design and produce in the best possible way with the other systems. The wishbones, which are located in the prearrangements of the cars and work with the suspensions, can prevent any kind of damage if the vehicles suddenly get into a pit. However, if the pits are struck hard, the car may be confronted with a wishbone failure. For this reason, people have to use their tools with care and have a great precaution, especially protecting the rugged fronts like pits. The car wishbone, which is very important among the pieces in the car, has important parts in itself. The car wishbone is one of these pieces. One of the most important parts of the suspension system in vehicles is the wishbone arm, which has two important tasks: to keep the wheels in the desired position and to move safely in only the up and down directions. Another important task is to meet the horizontal forces that occur during the acceleration and to limit the movement to the comfort and safety. The most important task expected from the pendulum-bearing pendulum over the wishbone arms is that it never leaves the installation site under loads in service conditions, except for the strain exerted by the use of special equipment during maintenance. It is evident that the occurrence of such a zodiac sign in a vehicle that is in motion can lead to serious loss of materiality and, most importantly, vital loss. In such connections it will be very useful to consider all variables affecting the bouncing force and to determine the most appropriate mounting conditions for the given construction. Within the thesis; In general, it should be examined in the current situation; 1-Brush-bed diameters conformity, 2-Examination of the effect of the amount of bending and the post-bending rubber values on the bending strength, 3-The effects of surface roughness value on the extraction force are three main headings.
1. GİRİŞ
Otomotiv sektörü, sanayileşmiş tüm ülkelerde ekonominin en büyük kaynaklarından biridir. Sektörün ekonomideki bu lokomotif etkisinin nedeni, sanayi dalları ve diğer sektörler ile de ilişki içerisinde olmasıdır. Ülkemizde de otomotiv sektörü, ilk üretimlerin yapıldığı 1960’lı yıllardan bu yana gelinen durumda, beşte birlik oranla ülke ihracatının en büyük payına sahip ve ülke çapında doğrudan 230 bin kişinin, dolaylı olarak 4 milyon kişinin gelir elde ettiği bir sektör haline gelmiştir. Diğer taraftan yarattığı katma değer, son teknolojilerin sanayiye intikali, hem üretim hem araştırma-geliştirme faaliyetleri için nitelikli insan gücü oluşturması gibi faydalarıyla da ülkemizin ve insanımızın küresel dünyadaki yerini şekillendirmektedir [1].
Süspansiyon; genelde motorlu araçlarda tekerleklere gelen ani şok ve titreşimleri emmek için yapılmış parçaların bütününe verilen isimdir. Sistemin çalışma prensibi, lastiklerle yol arasındaki sürtünmeyi ayarlayarak virajları hatasız bir şekilde almaya dayanır. Aracı savrulmaya, yan yatmaya, takla atmaya karşı koruyan hayati bir sistemdir. Şekil 1.1’de örnek bir süspansiyon sistemi görülmektedir.
Şekil 1.1. Süspansiyon sistemi [2].
Taşıtlarda süspansiyon sisteminin en önemli parçalarından biri olan salıncak kolu, tekerlekleri istenen konumda tutmak ve hareketin sadece yukarı ve aşağı yönlerde güvenli bir şekilde gerçekleştirilmesi gibi önemli iki işleve sahiptir. Ayrıca ivmelenme neticesinde ortaya çıkan yatay kuvvetlerin karşılanarak, hareketin yeteri konforda ve emniyetli bir şekilde sınırlandırılması diğer bir önemli görevini oluşturmaktadır. Salıncak kolları üzerindeki burç–yatak eşleşmesinden beklenen en önemli görev, bakım sırasında özel ekipman kullanılarak yapılan zorlanma haricinde kullanım koşullarındaki yükler altında montaj yerinden hiçbir şekilde çıkmamasıdır. Hareket eden bir araçta benzer bir burç çıkma olayının meydana gelmesinin, ciddi oranda maddi ve en önemlisi de hayati kayıplara yol açabileceği açıktır. Bu tür bağlantılarda, çıkma kuvvetini etkileyen tüm değişkenlerin ele alınması ve verilen konstrüksiyon için en uygun montaj şartlarının belirlenmesi son derece faydalı olacaktır. Yapılan araştırmalar ve testler sonucunda yüksek çıkma kuvvetine sahip bir ürünün ortaya çıkması için bilgi sağlanacaktır. Tez kapsamında; ilk olarak süspansiyon sisteminin elemanları ve bunların bağlı olduğu genel süspansiyon sistemleri incelenmiştir. Daha sonra süspansiyon sistemindeki burç-salıncak ikilisinin çıkma parametrelerinin araştırılması ve analiz-test işlemleri başlığı altında
1-Burç-yatak çap uygunlukları ve seçimi,
2-Çaplama miktarı ve çaplama sonrası kauçuk değerlerinin çıkma kuvvetine olan etkisinin incelenmesi,
3-Çaplama işlemi ve kauçuk değerlerine göre burcun çıkmasının incelenmesi,
4-Burç-salıncak çaplarında yüzey pürüzlülüğünün etkileri incelenmiş ve sürtünme katsayılarının değişimi ile analiz programına çözdürülmüştür. Nihai çıkan gerilme ve kuvvetler, incelenerek sonuçlar ve öneriler kısmında açıklanmış ve öneriler verilmiştir.
2. SÜSPANSİYON SİSTEMLERİ
Günümüzde araçların ön süspansiyonlarında artık çoğunlukla bağımsız tip süspansiyonlar kullanılmaktadır. Ön süspansiyonda kullanılan katı akslı süspansiyonların, tekerleklerin doğrultularının ayarlanamaması, ağır olmaları ve titreşimlerden dolayı aracı yönlendirme sorunlarına sebep olmalarıyla kullanımı sadece ağır araçlar veya off-road araçlarıyla sınırlı kalmıştır. Diğer taraftan ön tekerleklerde kullanılan farklı tipte bağımsız süspansiyonlar mevcuttur [1].
Araç sürüş konforu ve yol tutuş özellikleri, araç performansında ve müşteri memnuniyeti ile satın alma kararında etkili olan çelişki içeren iki önemli etkendir. Araç sürüş konforu ve yol tutuş dinamiği arasındaki var olan zıt ilişki nedeniyle sürüş konforunun ve yol tutuş yeteneğinin bir arada geliştirilmesi konusunda zorluklar ve belirsizlikler bulunmaktadır. Son senelerde yapılan çalışmalara bakıldığında özellikle araçların sürüş konforunun ve araçların yol tutuş yeteneğinin geliştirilmesi konusunda yapılan çalışmaların giderek arttığı görülmektedir [3].
Süspansiyon sisteminin özelliklerini inceleyecek olursak:
• Süspansiyon sistemi çekiş yapan tekerlekler tarafından tahrik kuvvetini aktarmak ve aynı zamanda aksın düzgün konumunu sağlarken her bir tekerlek tarafından yaratılan frenleme kuvvetini araç gövdesine iletmektir.
• Süspansiyon sürüş esnasında lastiklerle aynı anda hareketlenerek yolcuları veya taşınan yükü korumak ve sürüş konforunu iyileştirmek amacıyla yol yüzeyinin yapısından kaynaklanan titreşimleri, salınımları ve ani şokları sönümleyerek yumuşatır.
• Süspansiyon sistemi direksiyon hâkimiyeti ve yönlenme dengesini geliştirmek için sürekli olarak tekerleklerin yol yüzeyindeki bozuklukları izlemesini sağlayarak sürüş esnasında aracı dengeler.
geliştirmek için kolay sıkışabilen bir yay kullanıldığında direksiyon kararlılığı azalacaktır ve direksiyon kararlılığını geliştirmek için sert bir yay kullanılırsa sürüş rahatsız olacaktır. Süspansiyon sistemi ile aracın uyumunu sağlamak, bu koşulları eşleştirmek önemlidir [4].
Düzgün bir ön düzen tasarımı taşıyan araçta aşağıdaki özellikleri sağlamalıdır; ✓ Güvenli, düzgün seri bir hareket ve manevra kabiliyeti,
✓ İdeal bir yol tutuşu,
✓ Direksiyon hâkimiyeti, kararlılığı, virajdan sonra direksiyonun yerine hemen geri gelmesi (toplaması),
✓ Tekerlek ve ön düzen montaj bileşimlerinin aşınmaları en aza indirilmesi, ✓ Yakıt tüketiminin minumum seviyelerde tutmaya yardımcı olmalıdır.
İleri teknolojiler kullanılarak, taşıtlar günümüzde konfor, yol tutuşu ve sürüş keyfi bir arada düşünülerek tasarlanmaktadır. Taşıttan beklenen “sürüş hissiyatını” elde edebilmek için, gürültü ve titreşim kalitesi ayarları üzerinde büyük bir çaba harcanmaktadır. Taşıtın bu ayarlarını yapmak ve sürüş konforunu geliştirmek adına birçok prototip üretilmekte ve çok fazla sayıda test yapılmaktadır. Bu para ve zaman tüketen bir süreçtir. Rekabetin yüksek olduğu otomotiv sektörü de bu duruma, fiziki prototip ve testlerin yapıldığı geleneksel yöntemler yerine, bilgisayar programlarında sanal prototipler ve simülasyonların kullanıldığı yeni yöntemler ile cevap vermektedir [5].
Mantaras ve arkadaşları, Mac-Pherson tip süspansiyon sisteminin üç boyutlu modelini yapmışlardır. Geliştirilen model ile taşıtın yol tutuşunu etkileyen kaster, kamber ve dönüş açısı gibi ana parametreler hesaplanmıştır. Çalışmadan elde edilen sonuçlara göre, aracın yol tutuşu ve kararlılığında süspansiyon ve ön düzen geometrisinin belirleyici bir etken olduğu görülmüştür. Yapılan bu çalışma sayesinde, tasarım aşamasında ideal bir süspansiyon mekanizmasının geliştirilmesini sağlayacak bir model ortaya konulmuştur [6].
Hac, taşıtın devrilme eğilimini analiz etmek için basit fiziksel ilkelerden yararlanılarak türetilen; fakat son derece etkili bir model tasarlamıştır. Tasarlanan modelde süspansiyon ve lastik uyumunun, yanal hareketlerin, süspansiyon kaldırma kuvvetlerinin ve süspansiyon kinematiği nedeniyle iz değişiminin etkileri dikkate
alınmıştır. Çalışmanın sonucunda, taşıtın devrilme testlerinde dikkate alınan kararsız durumdan kararlı duruma geçişte verdiği tepkilerin, statik denge faktörünü (aracın ağırlık merkezinin yerden yüksekliğinin yarım iz genişliğine oranı) değiştirmeye gerek duymadan sadece süspansiyon parametreleri değiştirilerek, değiştirilebileceği görülmüştür [7].
Taşıt hareket halindeyken, araca yol yüzeyinden ve aerodinamik nedenlerden dolayı farklı türdeki kuvvetler etki eder. Bu kuvvetler aracın salınım yapmasının sebebidir. Bu kuvvetler sonucunda araç; sallantı, yan yatma, zıplama, gezme yapabilir. Şekil 2.1 ve Şekil 2.2’de araca gelen kuvvet ve hareketler görülmektedir.
Taşıtlarda süspansiyonun kurulmasının asıl amaçlarından birisi, sürüşteki bilinci artırmak ve arabadaki yolcuların güvenliğini en üst seviyede sağlamaktır. Zamanlı zamansız rastladığımız küçük tümsekler ve çukurlar, yüksek hızlarda giden arabalarda ölüm tehlikesine bile yol açabilir.
Demir ve arkadaşı, ön düzen açılarının, yük transferlerinin, devrilme direncinin, tahrik kuvvetlerinin, içe/dışa savrulma ve nötr yönlendirme karakteristiği gösteren taşıtları nasıl etkilediğini incelemiştir. Çalışmanın sonucuna göre taşıtın içe/dışa savrulma karakteristiğini taşıtın yük eğilimi belirlemektedir. Taşıtın ön tarafı arka tarafından ağır olduğunda taşıtlar dışa savrulma, tersi durumda ise içe savrulma eğilimindedir. Taşıtın ağırlığı ön ve arka akslara eşit dağıtılabilirse taşıt nötr yönlendirme eğiliminde olmaktadır. Taşıtın ağırlık dağılımı, süspansiyon tasarımı ve taşıt tasarımı açısından seçilen lastik ve tekerlek boyutları bu sürüş karakteristiklerini belirleyen en önemli parametreleri oluşturmaktadır. Şekil 2.3’te simetrik olarak bağlanmış parçalar ve sistemler görülmektedir [8].
Şekil 2.3. Başka bir açıdan süspansiyon sisteminin parçaları [9].
Zhao ve arkadaşları, dört çubuk bağlantılı Ackermann tip direksiyon mekanizması üzerinde bir çalışma yapmışlardır. Çalışmanın ana hedefi, direksiyon bağlantılarındaki yönlendirme kusurlarını en aza indirmektir. Bunun için ilk olarak direksiyonun dönüş geometrisinin incelemesi yapılmış ve daha sonra incelenen mekanizmaya Ackermann dönüş kurallarına bağlı kalarak dairesel olmayan bir dişli çifti eklenmiştir. Sonuç olarak geliştirilen sistemin, mevcut dört çubuklu bağlantıyla benzer bir yapıya sahip olsa da aracın yönlendirme performansını artırdığı görülmüştür [9].
Eskandari ve arkadaşı, Mac-Pherson tip ön süspansiyon sistemine sahip orta sınıf bir yolcu taşıtının ön süspansiyon sisteminde bir takım değişiklikler yaparak onun yol tutuşu performansını iyileştirmeyi amaçlamışlardır. Bunu gerçekleştirmek için Adams/Car programını kullanarak, gerçek bir taşıtın dinamik modellemesi yapılmıştır. Bu model üzerinde aracın yol tutuşu için önemli ölçüde etkisi olan, yaylar, amortisörler, lastik sertliği, burç sertliği, bağlantılar ve onların geometrik ilişkileri gibi parametreleri değiştirilerek taşıtın tepkileri ölçülmüştür. Bu parametrelerin optimize edilmesi ile taşıtın yol tutuş performansı %60 oranında iyileştirilmiştir [10].
2.1. SÜSPANSİYON SİSTEMİNİN ELAMANLARI
Süspansiyon sistemlerinin tam verimle çalışabilmesi için temelde birlikte çalışması zorunda olduğu 5 farklı parça vardır. Bu parçalar; yaylar, amortisörler, rotiller, denge çubukları ve askı sistemleri’dir. Şekil 2.4’te görülmektedirler [11].
Şekil 2.4. Süspansiyon sisteminin kısım ve parçaları [4].
2.1.1. Yaylar
Taşıtta lastik ağırlığı dışında ki tüm yükler yaylara binecektir ve lastiklere iletecek olan da yaylardır. Esnek bir yapısı vardır. Tümsek ve çukurlarda esneyerek, hissedilen sarsıntıyı en aza indirirler.
2.1.1.1. Yaprak Yaylar
Genelde eski tip otomobillerde ve kamyonlarda kullanılır. Yay çeliğinden yapılan bu yapraklar üst üste konularak kelepçeler yardımıyla sabitlenirler. Boyları birbirinden farklı, yaprakların üst üste dizilmesiyle oluşturulan bu sistem genellikle ağır yük taşımacılığı yapan araçlarda kullanılır. Yapraklar birbiri üzerinde kayma yaparak yaylanması sağlarlar ve dikey ivmelenmeden oluşan enerjiyi absorbe ederler. Günümüzde artık neredeyse hiç kullanılmayan bu sistem, en verimsiz süspansiyon sistemlerinden birisidir.
Özelikle 2. Dünya Savaşı sırasında gelişen tank teknolojisi ile süspansiyon sistemleri de gelişme gösterdiği bilinmektedir [13].
Genelde binek araçlarda spiral yay kullanılmasına rağmen ticari ve yük taşıtlarında özellikle arka yay sistemi yaprak yaylardan meydana getirilmiştir. Yaprak yaylar, farklı karakteristikleri olan kademeli yaylardır [12].
2.1.1.2. Helisel Yaylar
Binek taşıtların ve yolcu otobüslerinin askı sistemlerinde kullanılır. Dairedel kesitli teller konik benzerii profillere sarılarak üretilirler. Helisel yaylar, ön askı sisteminde alt ve üst salıncaklar arasına bağlıdırlar. Şekil 2.5’te helisel yaylar görülmektedir.
Şekil 2.5. Otomobil süspansiyonlarında kullanılan helezon yaylar [14].
Mac-Pherson tip süspansiyon sisteminin ön aksta kullanılmak istendiğinde aracın yaylandırılmasının çift salıncaklı sistemde olduğu gibi boyuna yönde alt salıncağa tespit
edilmiş olan torsiyon çubuk yaylarıyla yapılmaktadır. Ayrıca amortisör ayağının üst kısmında taşıt gövdesindeki yay tablası ile amortisör borusu arasına yerleştirilmiş bulunan helisel yaylarla yapılmaktadır [15].
2.1.1.3. Burulma Çubuklu Yaylar
Torsiyon yaylar da denilen burulma çubuklu yaylar bir veya birden çok uzun çelik çubuklardan meydana gelir. Burulmaya karşı dirençli malzemelerden üretilirler. Çubuğun bir ucu kare şeklinde yapılarak aracın şasisine dönmeyecek şekilde sabitlenir. Diğer ucu da askı sisteminin uçlarından birisine bağlanır ve yolda tekerleğin hareketlerini yumuşatıp yaylanmayı sağlar.
Mac-Pherson tip süspansiyon sisteminin ön aksta kullanılması halinde araç gövdesinin yaylandırılması çift salıncaklı sistemde olduğu gibi boyuna yönde alt salıncağa tespit edilmiş olan torsiyon çubuk yayları ile veya amortisör ayağının üst kısmında taşıt gövdesindeki yay tablası ile amortisör borusu arasına yerleştirilmiş bulunan helisel yaylarla yapılmaktadır [15].
2.1.1.4. Pnömatik Yaylar
Hava yastıklı diye de bilinirler. Havalı askı sistemlerinde kullanılır. Her tekerde yay yerine pnomatik olan bu sistem bulunmaktadır. Genelde yolcu otobüsleri, kamyon gibi basınçlı hava sistemi bulunan ağır taşıma araçlarında kullanılırlar. Hava yastığı, koruyucu bir kap içinde havayla şişirilmiş lastik körükten meydana gelmektedir. Taşıtın bütün ağırlığı diğer yay çeşitlerinde olduğu gibi pnoatik yaylarda da hava yastıklarına binmektedir [4].
2.1.1.5. Hidro Pnomatik Yaylar
Her kısmı ayrı ayrı sızdırmaz biçimde üretilmiş hücresleri (hava yastığı) yüksek basınç altında azot gazı ile doldurulmaktadır. En tepe hücrenin altında ikinci bir hücre vardır. Bu bölümde akışkan ile doludur. Bunlara hidro-pnömatik yaylar denilmektedir. Kubbe şeklindeki en üst oda azot gazı ile doludur ve ortadaki odadan bir diyafram vasıtasıyla ayrılır. Ortadaki oda içinde antifriz ve korozyon önleyici madde bulunan su ile doludur. Hidro-pnömatik yayda yağ basıncı 100–200 bardır. Şekil 2.6’da örnek hidro pnomatik
Şekil 2.6. Hidro pnömatik yay örneği [17].
Süspansiyon siteminin ana elemanlarını oluşturan yaylar statik ağırlıkları taşırken damperler de bozucu etkilerin oluşturduğu enerjiyi izole eder [18].
Tekerlek yollarda ki engebelerle karşılaştığı zaman akışkan yukarı doğru itilir ve gaz sıkıştırılır. Devamı her tekerlekteki ünite arka ile önü bir birine bağlayacak şekilde iletişimi sağlanmıştır. Dolayısıyla sol ön tekerlek bir tümsek ile karşılaştığı zaman, sol üniteden bir kısım sıvı bir boru üzerinden arka sol üniteye gönderilir. Bu durum sol arka tekerleği kalkmasına sebep olur. Dolayısıyla yoldan gelen darbeler iki tekere yayılarak sönümlenmiş olur [4].
Araç Yüksekliğinin Ayarlanması; pnomatik sistem ayrıca aracın yükselip alçalmasına da olanak sağlar. Alçalması halini veya yüksekte ki halini yükseltme tertibatı yardımıyla zeminle olan mesafe her duruma göre aynı seviyede tutulabilinir.
Hidro-Pnömatik yayların özellikleri: • Yaylanma özellikleri gelişmiştir.
• Aracın zemine göre yüksekliği sürünün kontrolü ile ayarlanabilir. • Lüks binek otomobillerde ve otobüslerde çoğunlukla kullanılır.
Süspansiyonun çeşitli hareket bölgelerinde daha sert veya yumuşak davranması sağlanarak değişik performans kriterlerinin sağlanmasını başarabilmektedir.
2.1.1.6. Lastik Takozlar
Lastiğin kendi esnekliğinden dolayı kullanılabilen bir yay çeşitidir. Lastik takozların (yaylı tamponların) ve diğer süspansiyon parçalarının yardımcı yayları olarak kullanılırlar. Lastik takozlar ters bir kuvvet ile esnedikleri zaman meydana gelen iç sürtünmeyle salınımları sönümlerler. Lastik takozların, diğerlerine nazaran, bazı avantajlara sahiptir. İmalatları kolaydır, sessiz çalışırlar, yağlanmaları gerekmez [4].
2.1.2. Amortisörler
Amortisörler; süspansiyonun çalışma şeklinden dolayı gelen fırlatma gücünü, absorbe eder ve arabaların kasisli ya da çukurlu yollardan geçtiklerinde süspansiyonun yukarı, ya da aşağı doğru sert baskısından kaynaklanan fırlama durumuna engel olurlar [11]. Günümüzde araçların tamamında boru amortisörler kullanılır. Bu amortisörler tesir yönünden ikiye ayrılı bunlar; tek tesirli ve çift tesirlidir. Tek tesirli amortisörler, açılma veya kapanma halinden yalnız birinde görev yapar diğerinde serbesttir. Çift tesirli amortisör ise hem açılma ve hem de kapanma halinde görev yaparlar ve en çok kullanılan amortisör tipi de budur Şekil 2.7’de amortisör ve iç kesiti görülmektedir [19].
Şekil 2.7. Amortisör kısım ve çevrimleri [20].
2.1.3. Rotiller
Muylunun devamında küre olacak şekilde tasarlanmış bir parçadır. Dingili, salıncaklara bağlamak için kullanılır. Üretimi sırasında küre olan kısmı yuvasına konulmadan önce yağlanarak yuvasına oturtulur. Küre kısmı tamamen bir yuva içerisine takıldığı için daha sonra bir daha yağlama yapılamaz. Tekerlerin herzaman, her koşulda dingiller ile bağlantılı kalmasını sağlarlar. Mesela bir çukurlu yolda, rotiller harekete geçerek dingili hafif aşağı getirirler ve böylece tekerlerin dingil ile bağlantısı kesilmemiş olur. Otomobillerin bir nevi eklem bölgesidir [11].
Üst ve alt kontrol kolu yerine çift bağlantılar kullanılmasının performans üzerinde bazı avantajları bulunmaktadır. Birinci avantajı sürüş kararlılığıdır. Dingil pimi ekseni çift salıncaklı sistemde üst ve alt küresel mafsallara göre hesaplanmaktadır. Mac-Pherson’da ise alt küresel mafsal ve dayanağa göre hesaplanmaktadır. Çok kademeli modelde alt ve üst bağlantıların uzantılarının kesişiminde yer alan iki sanal küresel mafsala göre
hesaplanır. Sanal dingil pimi ekseni dönüş manevrası sırasında hareket eder; çünkü sanal mafsallar da rotil üzerinde yer alan küresel mafsallar ile birlikte hareket etmektedir. Bundan dolayı, ön süspansiyonun kaster açısı gibi yönlendirmeyle ilgili karakteristikleri de manevra sırasında değişim gösterir [21].
Hyundai’nin Genesis modeli için geliştirdiği ön süspansiyon modeli bulunmaktadır. Sistem iki adet üst bağlantı, iki adet alt bağlantı ve bir adet rot kolundan meydana gelmektedir. Çift salıncaklı sistem ve Mac-Pherson sistemiyle karşılaştırıldığında tamamen değiştirilmiş bir yapıya sahiptir.
2.1.4. Denge Çubukları
Bilinen diğer ismiyle stabilizördür. Çoğunlukla virajlarda oldukça dengeli bir viraja giriş ve dönmeyi sağlarlar. Stabilizörün çalışması dönüşlerde araçlar savrulma tehlikesiyle karşı karşıya kalabilirler. Stabilizörler ise, dışa doğru savrulmaya başlayan araçla tekerlekleri arasındaki açı farkını azaltır. Araca böylece bir kontrol gelir. Bunu yapmanın Denklemi de basittir. Araba gövdesi dışarıya doğru meylettiğinde, bu savrulmadan dolayı dışarıdaki yaya baskı uygulamaya; içerideki yayı da açmaya başlayacaktır. Bu bükülme sayesinde tekerlekler arasındaki açı farkı en az dereceye düşer. Aracın savrulması önlenmiş olur. Ayrıca yan taraflara doğru savrulması ya da kaymasının da önüne geçilir [22].
Yuvarlak çelikten yapılan silindirik torsiyon barları denge çubuğu olarak gövdenin yaylanması için kullanılır [23].
Denge çubuğunun ağırlığı, günümüzde diğer gereçler gibi ağırlığı azaltılarak performansı artırıcı etkisi gözlenecek bir iyileştirme yapılmıştır. Topoloji optimizasyonu sonucunda braketin ağırlığı, yorulma dayanımı kabul edilebilir seviyelerde tutularak ilk tasarıma göre %25 oranında azaltılmış ve kullanılmıştır [24]. Otomobil denge çubuğu, aracın her iki tarafındaki süspansiyon elemanlarını birbirine bağlamak suretiyle aracın yalpa açısını sınırlandırma görevi gören, genelde çelikten yapılmış, içi dolu veya boş silindirik çubuk şeklindeki süspansiyon elemanıdır [25], [26].
2.1.5. Askı Sistemleri
Otomobili tekerleklere bağlayan sistemlerin bütününe askı sistemi adı verilir. Ön tekerleri bağlıyorsa, ön askı sistemi, arka tekerleri bağlıyorsa arka askı sistemi adı verilir. Özellikle dönüş zamanlarında tekerlerin yola sürekli düz basmasına yardım eder. Yoldaki tümsek ve çukurların sebep olduğu yanal sarsıntıları en düşük seviyeye getirir. Şekil 2.8’de askı sistemi öreneği görülmektedir [11].
Şekil 2.8. Askı sistemleri [11].
Kendi içinde de; sabit askı sistemi ve serbest askı sistemi olmak üzere ikiye ayrılır. Sabit askı sisteminin de kendi içinde 3 çeşidi vardır bunlar;
1- Sabit (dingilli) süspansiyon sistemi 2- 4 Bağlantılı tip sabit süspansiyon sistemi
3- Yatay kontrol rod’lu sabit süspansiyon (Helezon yaylı sabit kol tipli) [4].
2.2. SABİT ASKI SİSTEMLERİ
Rijit aşklı süspansiyon sistemi denilen bu aksamda sağ ve sol tekerlekler, aks veya aks korumasıyla yekpare olarak birbirine bağlıdır. Sol ve sağ tekerlekler yaylar üzerinden gövde ya da şasiye tutturulmuş tek bir aks ile birbirine bağlanırlar. İki tekerlek ve aks dikey olarak birlikte hareket ettiği için tekerleklerin hareketleri birbirlerini etkiler. Sabit süspansiyon sistemi otobüs, kamyon ve kamyonet gibi ağır hizmet tipi araçlarda ön ve
arka dingilleri fark etmeksizin çok geniş kullanım alanı bulmuştur. Binek otomobillerinde ise konfor yönünden yetersiz olduğu için tercih edilmemektedir. Bu tip süspansiyonun basit ve sağlam bir yapısı bulunur.
Sabit askı sistemlerinde yaprak yay (makas) kullanılır. Yapısı basittir, fakat çok dayanıklı bir süspansiyon çeşididir. Genellikle hafif ticari araçlarda, kamyon, otobüs ve yük taşıyan araçlarda ve iş makinalarında kullanılır [11].
2.2.1. Sabit Süspansiyon Sistemi
Taşıtların ilk üretildiği yıllarda sabit akslı ön süspansiyon sistemleri kullanılmaktaydı. Bu sistem çok dayanıklı ve orta ve ağır yük taşıtlarında hala kullanılmakta olan bir sistemdir. Sabit askılı sistemin en büyük dezavantajı ise sürüş kalitesindeki eksikliktir [27].
2.2.1.1. Sabit Süspansiyon Sisteminin Özellikleri
Sabit süspansiyonu ortaya çıkaran parçaların sayısı çok fazla değildir ve yapıları basittir. Dayanıklı olduğu için ağır hizmette araçlarında rahatlıkla kullanılabilir. Tekerleklerde aşağı yukarı büyük olmayan hareketler olduğundan bozulmalar ve aşınmalar daha azdır. Süspansiyonsuz kütlenin büyük olmasından dolayı sürüş konforu zayıftır. Tekerlekler birbirine bağlı olmasından dolayı titreme ve sallanmalar fazladır [4].
2.2.2. Dört Bağlantı Tip Süspansiyon Sistemi
Arka süspansiyonda kullanılır. Sabit süspansiyon sistemi tipleri içinde en konforlu olan yapı budur [28].
2.2.3. Yatay Kontrol Rod’lu Süspansiyon Kol tipi
Yatay kontrol rod’lu süspansiyon kol tipi (Helezon Yaylı Sabit Süspansiyon), 4x4 araçlarda ve ağır yük taşıyan kamyon ve benzeri araçlarda kullanılır. Sabit dingille beraber helezon yay kullanılmıştır. Makaslı sisteme göre daha konforludur. Yapısı dayanıklıdır [4].
2.3. SERBEST SÜSPANSİYON SİSTEMLERİ
Günümüz otomobillerinde, serbest süspansiyon sistemlerinin farklı modelleri kullanılmaktadır. Serbest süspansiyonlarda her bir tekerlek ayrı bir sistem ile kontrol edilmektedir. Sonuç olarakta yol yüzeyindeki düzgün olmayan satıhlara rağmen daha konforlu bir sürüş elde edilebilmektedir. Ayrıca, diğer tekerleğin hareketi ne olursa olsun, aracın dengesinin korunmasını sağlamaktadır. Bunlara ek olarak, serbest süspansiyonlar aracın sürüş ve yol tutuş kalitesini geliştirmekte ve lastiklerin ömrünü uzatmaktadır [18].
Günümüz taşıtlarında çokça tercih edilen bağımsız süspansiyonlarda her bir tekerlek diğerinden bağımsız olarak yolda ki tümsek ve çukurlara tepki vermektedir. Yük taşıma kapasitesi olarak katı aks süspansiyon sistemlerinin gerisinde kalsalar da, konfor ve sürüş özellikleri oldukça iyidir. Bağımsız süspansiyon sistemlerinin avantajlarını şu şekilde sıralayabiliriz.
• Yer gereksinimi azdır • Ağırlığı azdır.
• Tekerden gelen hareketlerden dolayı direksiyona iletilen titreşim çok değildir.
• Kolayca tekerler yönlendirilebilirler.
• Tekerleklerin birbirinden bağımsız hareket edebilmesi sayesinde tek tekerin bir engelden geçmesi durumunda, bütün sistemin bu etkiye maruz kalmaması sağlanabilir [29], [30].
Bağımsız süspansiyon sistemlerinin yukarıda belirtilen son iki avantajı, özellikle bozuk yol şartlarına sahip virajlar da aracın yol tutuş karakteristiğini arttırmak için önemli özellikler arasında sayılır. Manevra sırasında dışta kalan tekerleğe daha fazla yanal kuvvet etkimekte pozitif kamber açısına sahip olmaktadır. İçteki tekerlek ise yanal kuvvet etkisiyle negatif kamber açısına sahip olmaktadır. Tekerleklerin bu davranışı yanal yol tutuşu azaltmaktadır. Bu davranışı engellemek için kamber açısının kinematik değişiminin ayarlanması sırasında lastikler üzerindeki yanal kuvvetlerin etkisi göz önünde bulundurulmalı ve gövdenin yuvarlanma hareketi minimuma indirilmelidir. Bu işlem daha yüksek sertliğe sahip yaylar, ek anti-roll barlar kullanılmasıyla gerçekleş-tirilebilinir [30].
Her tekerlek, araç gövdesine bir yay vasıtasıyla bağlanmış olan bağımsız bir kol tarafından desteklenir. Bu tip süspansiyon sistemleri, yol yüzeyindeki bozuklukları etkin bir şekilde sönümleyebilir, rahatlık ve konfor açısından mükemmel bir sürüş sağlar. Şekil 2.9’da serbest süspansiyon sisteminin parçaları görülmektedir [4].
Şekil 2.9. Serbest süspansiyon sistemi.
Bağımsız süspansiyon sistemleri, bağlantı türlerine göre yapısal olarak farklılıklar göstermektedir. Bu nedenle bağımsız süspansiyon sistemleri bağlantı türlerine göre yapısal özellikleri ayrı ayrı incelenebilir. Bunlar:
1-Mac-Pherson gergi çubuklu tipi serbest süspansiyon sistemleri, 2-Çift salıncaklı (Double Wishbone) bağımsız süspansiyon sistemleri, 3-Burulma çubuklu bağımsız süspansiyon sistemleri,
4-Yarı çeki salıncaklı bağımsız süspansiyon sistemleridir [4].
2.3.1. Mac-Pherson Gergi Tipi Serbest Süspansiyon Sistemleri
Büyük ve küçük tip taşıtlarda an fazla kullanılan serbest süspansiyon sitemidir. Helezon yay Mac-Pherson tipi dingilde amortisör ile iç içe konumlandırılmıştır. Direksiyon mafsallı amortisör aracılığı ile şasiye bağlanmıştır. Direksiyon kolunun alt ucu ise üçgen bir yapıya bağlı olup bu şekilde uzun bir yay kolu meydana getirilmektedir. Alt salıncak
Şekil 2.10. Mac-Pherson sisteminin yapısı.
Bu sistem daha çok motorun önde olduğu, önden çekişli araçların ön süspansiyon sistemi için kullanılır. Gergi çubuklu tip olarak da isimlendirilir. Tasarımcısının da adını taşıyarak Mac-Pherson gergi çubuklu olarak adlandırılır. Daha az parçaya sahip, hafif ve basit yapıya sahip bir sistem olduğundan bakımı da kolaydır. [4].
Üretimi için harcanan giderleri diğer süspansiyon sistemlerine oranla daha düşüktür. Günümüz binek araçlarında kullanılan en yaygın ön süspansiyon sistemi Mac-Pherson tipi süspanpansiyon sistemidir. İtiş sistemi arkadan olan araçların bazılarında da kullanıldığı görülmektedir ancak, arkadan itişli araçların motor bölmesinde daha fazla alan olduğu için bu araçlarda ön süspansiyon olarak çift salıncak süspansiyon sisteminin kullanılması da mümkündür [22].
Özdalyan, otomotiv endüstrisinde yaygın olarak kullanılan ADAMS programı yardımıyla, Mac-Pherson tipi ön süspansiyon sistemi modellemiştir. Modelde tekerleğin yukarı ve aşağı hareketi boyunca ön süspansiyon geometrisindeki değişimler ile sistemin dönme merkezini ve konumundaki değişimin belirlenmesi amaçlamıştır. Bunun için tekerleğin düşey hareketi boyunca kamber, kaster, toe açısındaki değişimler ölçülmüştür. Bu model, geleceğe dönük çalışmaların yapılabilmesi için de bir temel oluşturmuştur [31].
Günümüz araçlarının bazılarının arka süspansiyonlarında da Mac-Pherson tipi kullanılabiliyor. Ancak arka kısımda yeterince yol tutuşu sağlayamadığından pek tercih edilmediği görülmüştür. Karmaşık bir yapıya sahip olmayan bir sistemdir, orta segment araç sahipleri için tatminkar sürüş konforu ve performansı sunar. Direksiyon hakimiyetinin kolaylıkla sağlanmaktadır ve araca yandan gelen rüzgarlardan az etkilenmektedir. Sert fren yapıldığında aracın dengede kalmasını sağlamaktadır. Şekil 2.11’de yeni model araçta ki Mac-Person gergi tipi süspansiyon sistemi görülmektedir [22].
Şekil 2.11. Honda Civic 2018 Mac-Person bağımsız süspansiyon sistemi [32]. Bu sistemin dezavantajları ise; alternatifi olan çift salıncak süspansiyonlara oranla daha az performansa sahiptir. Konfor bakımından yoldan gelen gürültü ve titreşimleri araç bütününe daha fazla iletmektedir.
Günümüzde birçok lüks segment otomobillerin de kullandığı Mac-Pherson sistemini ilk olarak Chevrolet kullanmıştır. Chevrolet üretiminde çalışanı Earle S. Mac-Pherson isimli bir mühendis tarafından keşfedilen bu süspansiyon sistemi 1945 yılında
üretilmesi nedeniyle günümüzde A,B ve C segment araçlarda tercih edilen en yaygın süspansiyon sistemi olma unvanını korumaktadır [22].
Süspansiyon kolunun L tip ya da çift kollu tip vb. gibi çeşitleri mevcuttur.
Birleşme yerlerinin büyük bir alanda tutabilmesi, inşa ve dayanma noktalarındaki yükü azaltmaktadır. Ayrıca bu tasarımda pozitif ve negatif kaster açısı vermek mümkündür. 2.3.1.1. Mac-Pherson serbest süspansiyon sisteminin özellikleri
• Yapısı basitçedir. • Yaysız kütlesi azdır.
• Parça az olduğu için sistem az yer kaplar böylece motorun yerleştirilebileceği alan geniştir.
Çift lades kemiği süspansiyon sisteminden sonra geliştirilmiş bir süspansiyon sistemi tasarımıdır. Çift lades kemiği tasarımında kullanılan üst kontrol kolu yerini, amortisör kulesi üzerindeki, yay ve piston rotunun bitiş noktası olan sabit bir noktaya bırakmıştır [33].
2.3.2. Çift Salıncaklı Bağımsız Süspansiyon Sistemleri
Aksı alt ve üst kollar destekler. Bu tip süspansiyon sistemi karmaşık yapısına rağmen sağlam bir sistemdir. Aynı anda hem mükemmel bir sürüş dengesi hem de konfor sağlar. Çünkü kolların dizaynı büyük bir hareket serbestitesi kazandırılmıştır. Şekil 2.12’de görülmektedir.
Otomobilde direksiyon kolunu destekleyen çift salıncak üçgen bir yapı meydana getirmektedir. Üstteki salıncak aracınön kısmının kalkması veya dalmasını önlemektir. Oldukça konfor sağlayan yapılar topluluğu oluşmuştur.
Çift lades kemiği süspansiyon sistemi, sonraki bölümlerde bahsedilecek olan ön düzen geometrisine ait açıları toe-in/out, kamber, kaster gibi belirlenen sınırlar içerisinde kontrol edilebilmesine bu sayede de istenmeyen tekerlek aşınmalarının minimuma indirilmesini sağlar. [35], [36], [37].
Çift salıncaklı süspansiyon daha çok yolcuların konforu için üretilmiştir. Konforun öneminin gittikçe artması sebebi ile çift salıncaklı süspansiyonun odak noktası olmuştur. Günümüzde Mercedes-Benz M-Clas, BMW X5 ve Audi Q7 gibi yüksek sınıf araçlarda yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Üretimin kalitesi ve seri üretimin artmasıyla birlikte geleceğin aile otomobillerinde de çift salıncaklı süspansiyon yer alacaktır. Tekerlek etkisini engellemede ve hafiflik konusunda son derece başarılı bir sistemdir. Ani dönme merkezi ile salıncakların birbirlerine göre olan durumlarının arzu edilen her yüksekliğe getirilebilmesi en büyük faydaları arasındadır. Şekil 2.13’te örneği görülmektedir [22].
Şekil 2.13. Çift salıncaklı süspansiyon sistemi [22].
2.3.3. Burulma Çubuklu Bağımsız Süspansiyon Sistemleri
Burulmaya ve bükülmeye karşı dayanıklı yay çeliğinden yapılırlar. Çelik çubuğun esnekliği kullanılarak yaylanma hareketi sağlanır. Basit yapısı ve konforlu bir sürüş sağlaması nedeniyle kullanılır.
Çubuğun bir ucu dönebilecek serbestlikte alt ya da üst salıncağa, diğer ucu hareket etmeyecek şekilde gövdeye bağlanır.
Dışarıdan gelecek darbe benzeri etkilerden korumak için koruyucu kapaklar ile örtülürler. Bu muhafaza burulma yayı ile bir bütün olarak yapılabilinir. Burulma çubuklu yaylar yapısal olarak dört grupta toplanırlar. Yuvarlak çubuklu yay, dikdörtgen çubuklu yay, kaplanmış çubuklu yay, demet çubuklu yay şeklinde gruplanır [4].
2.3.3.1. Burulma çubuklu yayların özellikleri • Süspansiyon yumuşak olacaktır.
• Yapımı basittir, bakım gerektirmez. • Az yer kaplar.
• Helezon yaylar da olduğu gibi burulma çubuklu yayların da salınımı kontrolsüzdür ve amortisör kullanılması zorunludur.
Burulma çubuklu yayların şasi yüksekliğinin ayarlanabilmesi, mükemmel yol tutuşunu sağlaması ve frenleme esnasında otomobilin öne doğru yatmaması gibi helezon yaylara göre avantajları vardır.
Araç viraj alma sırasında, burulma çubuğu trailing arm arasında burularak sol ve sağ tekerlekler arasında oluşan yükseklik farkını telafi eder ve kamber açısının tekerlek-yol temasını optimumda sağlamasına yardımcı olur [33].
2.3.4. Yarı Çeki Salıncaklı Bağımsız Süspansiyon Sistemleri
Arka süspansiyon kolu daha büyük yanal kuvvetlere dayanabilmesi için arka süspansiyona belirli bir açı ile bağlıdır. Bu tasarım kolun daha kuvvetli olması ile aynı etkiyi gösterir. Bu tip, yanal yüklere göre performansı artan ve tekerleklerin aşağı yukarı hareketlerine bağlı olarak meydana gelen tekerlek düzen ayarlarındaki değişimi en aza indirgeyen bağımsız bir süspansiyon sistemidir [4].
2.4. HAVALI SÜSPANSİYON SİSTEMİ
Bir elektronik kontrol ünitesiyle kumanda edilebilen, amortisör sertliği ayarlanabilen, helezon yaylar yerine, basıncı değiştirilebilir hava körüklerinin kullanıldığı ve bu sayede yüksekliği değiştirilebilen süspansiyon sistemidir. Şekil 2.14 ve 2.15’te araç üzerinde ki konumları görülmektedir.
İçerisinde sıkıştırılmış hava barındıran, kauçuktan yapılma kapalı bir torba şeklinde esnek bir malzeme olup metal yahut kompozit malzemelere bağlanıp sabitlenir. Ağırlık ve sallantıları emen normal bir helezon yayı gibi çalışır. Şekil 2.16’da havalı süspansiyonun kesitleri görülmektedir.
Şekil 2.16. Hava körüklerinin yapısı [38].
Hava körüklü yayın avantajları arasında aracın hareketi esnasında en yüksek konforu sağlamak adına kendi içerisindeki hava basıncının değiştirilmesine imkan tanır; araçların yerden yüksekliğini kontrol etmek (şehir içi hatlarında çalışan otobüslerde aracın durağa gelmesiyle araç yüksekliğini düşürerek yolcuların otobüse binişlerini kolaylaştırır) veya araç yük altındayken aracı sabit tutmak ya da şoförün ihtiyaçlarına göre araç yüksekliğini değiştirmek için çalışır. Şekil 2.17’de audi otomobilinin havalı yay ünitesi görülmektedir.
Şekil 2.17. Audi quattro havalı yay komplesi [38].
Körük içerisinde ki hava ağır yüklü ve hafif yüklü olduğu durumlarda özel basınç sensörleri yardımıyla düşük veya yüksek basınç olacak şekilde ayarlamalar yapılmaktadır [38].
Havalı süspansiyon sistemiyle, araç yolda konforlu bir şekilde, yol darbeleri; çukur-tümsek ve titreşimleri hissedilmeden yol alırken, virajlara sert girildiğindeyse, süspansiyonun sertleştirerek savrulmasını azaltarak spor sürüş imkanı sağlar. Böylece, süspansiyon sisteminden beklenen iki çok önemli özelliği; konfor ve yol tutuşu bir arada sunabilir. Sürücü süspansiyon modu butonuyla konforlu ya da spor modunu seçebilir, aracın yüksekliğini elle değiştirebilir. Ayrıca gösterge ekranında, o anda hangi süspansiyon modunda çalıştığı bilgisi sürücüye gösterilir.
Havalı süspansiyon sistemlerine, çeşitli otomobil üreticileri tarafından farklı isimler verilmiştir. Adaptif süspansiyon, aktif süspansiyon gibi nitelemeler de yapılmıştır. En bilinen havalı süspansiyon sistemi mercedes'in airmatic süspansiyonudur [38].
2.4.1. Havalı Süspansiyon Siteminin Özelikleri
• Taşıtın yüksekliği, yük değişse bile havanın basıç ayarıyla belli seviyelerde tutulabilir.
• Her yükte dahi konforlu sürüş sağlar.
• Çoğunlukla otobüs ve kamyonlarda hava kompresörü olduğundan onlarda kullanılır. Kompresör ve kumanda cihazlarına ihtiyaç olduğundan maliyetleri yüksektir.
2.5. AKTİF SÜSPANSİYON SİSTEMİ
Aktif süspansiyon (Elektronik Süspansiyon) sistemi ABD‘de lineer motoru ve amortisörü birleştirme fikri 1980′lerde çalışma olarak başlamış ve 1990′larda patentlenmiş 2000’li yıllarda Bose ürünü olarak Lexus LS 400 araçta karşımıza çıkmıştır. Şekil 2.18’de lexus aracında aktif süspansiyon görülmektedir.
Şekil 2.18. Aktif süspansiyon sistemi [39].
O günlerden bu zamana aktif ve yarı aktif kontrollerde lineer aktüerleri hem amortisör hem rejeneratif (yenilenmiş) parça olarak beklenilmiş, ancak yapılmamıştır. Çünkü her bir tekere birkaç kw‘dan fazla doğrudan güç gerektiğini ve bunun aküden ya da harici bir kaynaktan karşılanamayacak kadar pahalı ve hantal bir sistem olduğu ortaya zamanla çıktı.
Doğrudan tahrikle elektriksel amortisör kullanmak güç ve maliyet oranı olarak makul olmadığı görülmüştür. Yinede Bose sistem, lineer motor yapma isteğinden dönmemiştir, sürücü sağlığını ön plana çıkarmaya başlamış ve sürücü altı koltukta lineer motorlu çözüme yönlenmiş durumdadır [39].
Denetimi bilgisayar tarafından olan bu sistem, mili saniyeler içerisinde mevcut sürüş halini belirleyerek ve özelliklerine göre süspansiyon davranışını yolcu ve sürücü konforunu en üst seviyeye getirecek şekilde ayarlanabilmektedir. ADS işlemcisi (mikro-bilgisayar) basıncın düşmesi yönünde veri gönderilmesiyle mekanizma harekete geçerek sıkışma veya açılma sağlayarak tekerleğin hareket etmesi sağlanır. Bu sistemde kumanda mekanizmasında aracın ağırlığından faydanılmaktadır. Şekil 2.19’da aktif ve geleneksel süspansiyon görülmektedir [40].
Şekil 2.19. Solda elektromanyetik süspansiyon sistemi – Sağda amortisör ve yaylı geleneksel süspansiyon sistem [41].
Şekil 2.20. Aktif süspansiyon sistemi gereçlerinin araç üzerindeki yerleri.
Yeni audi A8’in aktif süspansiyon sistemi incelendiğinde, yolda çok yönlü bir performans sergilediğini kanıtlıyor. Yeni audi A8 ile sportif sürüş keyfi esnekliklerin sağlanması, ana elektrik sistemi olarak ilk kez kullanılan 48 voltluk elektrik sistemine dayanan yeni aktif süspansiyon ortaya konulmuştur. Şekil 2.20’de aktif süspansiyon sisteminin yardımcı üniteleri görülmektedir. Şekil 2.21’de ise audinin kullandığı aktif süspansiyon sistemi görülmektedir.
Şekil 2.21. Aktif süspansiyon sistemi [42].
Audi A8 üzerindeki tamamen yeni aktif süspansiyon, her bir tekerleği ayrı ayrı süren ve mevcut yol koşullarına uyum sağlayan tam aktif, elektromekanik bir süspansiyon sistemidir. Her tekerleğin 48 voltluk ana elektrik sistemi tarafından çalıştırılan bir elektrik motoru konulmuştur. İlave bileşenler arasında ise dişliler, dahili burulma çubuğuyla bir döner tüp ve bir bağlantı rotu aracılığı ile süspansiyona 1100 Nm (Newton metre) tork uygulayan kol bulunuyor. Ön kamera sayesinde, yoldaki tümsekleri daha erken tespit ederek aktif süspansiyonu öngörülen şekilde ayarlıyor. Araba yoldaki tümseğe ulaşmadan önce, audi tarafından geliştirilen önizleme işlevi aktüatöre doğru miktarda hareket iletiyor ve süspansiyonu etkin bir şekilde kontrol ediyor. Süspansiyon bu şekilde doğru zamanda tepki veriyor, neredeyse tamamen titreşimleri ve sarsıntıları ortadan kaldırıyor. Bu karmaşık işlem sadece birkaç milisaniye alıyor, kamera yol yüzeyinin durumu hakkında saniyede 18 kez bilgi üretiyor. Dinamik dört çekişli sürüşteki kıvraklık ve stabilite arasındaki çatışma, arka akstan sürüşteki inovatif yaklaşım sayesinde gideriliyor, sürüş karakteristikleri sportif ve direkt kalırken stabiliteyi de garantiliyor ve direksiyon hissi konfordan yoğun geribildirime kadar geniş bir yelpazeye yayılıyor. A8’in dönüş çapı bir A4’den daha küçük hale getirilmiştir. Audi pre sense 360 güvenlik sistemiyle birlikte, yeni Audi A8 pasif güvenliği yeni bir seviyeye çıkarmıştır. Sistem merkezi sürüş yardımı kontrolöründe (zFAS) ağ oluşturan sensörleri kullanarak otomobilin etrafındaki çarpışma risklerini tespit ediyor. Kaçınılmaz bir yan darbe durumunda (25 km/s üzeri
hızlarda) süspansiyon aktüatörleri yarım saniye içinde kaportayı darbe alan taraftan 80 milimetreye kadar yükseltiyor. Sonuç olarak, çarpışma lüks sedan otomobilin daha da güçlü kısımlarına, örneğin yan etekler ve zemin yapısına yöneliyor. Bu sayede sürücü ve yolcular üzerindeki baskı kaportanın yükseltilmediği yan darbelere kıyasla %50’ye kadar azalıyor [42].
2.5.1. Aktif Süspansiyon Sisteminin Özellikleri
• Sürüş konforu çok iyidir.
• Tekerlek merkezi ile çamurluk alt kısmı arasında ki mesafe aktif süspansiyonun ayarı ile sürekli aynı kalır.
• Aktif sönümleme sistemi ile araç konforlu bir şekilde yaylanır.
• Viraja girerken, fren yaparken veya hızlanırken araç gövdesinin (karoserinin) yana yatması oldukça azalır.
• Tam yükleme durumlarında maksimum yaylanma mesafesi aynı kalır. • Tüm yükleme durumlarında bile araç yerden yüksekliği daima aynı kalır.
• Artan hızda aracın ağırlık merkezini zemine yaklaştırarak hava direncini azaltacağından bir miktar yakıt tasarrufu sağlar.
• Yük değişikliklerinde ön düzen açılarında sapmalar meydana gelmez. • Görsel olarak dış görünüşte kötüleşme olmaz.
• Lastikler daha az aşınır. • Aks mafsalları daha az aşınır.
• Farklı araç seviyeleri otomatik veya manuel olarak ayarlanabilir. • Şehiriçi kullanımda normal yükseklik.
• Yüksek hızlarda hava direncinin azaltılması ve sürüş dinamiğinin iyileştirilmesi için alçaltılmış sürüş durumu.
3. SÜSPANSİYON SİSTEMİNİN GEOMETRİLERİ
Araçların ilerleyiş koşulları ve manevraları sırasında ki yol tutuş hassasiyetleri kinematik ve elektrokinematik olarak incelenmektedir. Kinematik durum tekerlek pozisyonunun seyir sırasında veya gövdenin yuvarlanma, kafa vurma, zıplama gibi hareketleri nedeniyle değişmesini, elastokinematik durum ise lastik üzerine etkiyen yanal ve boylamasına kuvvetler neticesinde tekerlek pozisyonundaki değişmeleri ifade etmektedir [18], [36]. Şekil 3.1’de bu açılar görülmektedir.
Şekil 3.1. Toe-Kamber ve kaster açılarının tekerlek sistemi üzerinde gösterimi [36].
3.1. ÖN DÜZEN GEOMETRİLERİ
Ön geometrileri inceleme sırasında araçlarda ki tekerlek ve yol düzlemi arasında meydana gelen kuvvetleri etkileyen geometrileri ve tekerlek açıları incelenecektir. Ön düzen geometrisi, ön tekerleklerin, süspansiyon ve direksiyon parçalarının birbiriyle yolla ve sürüş yönüyle olan açısal ilişkileri olarak tanımlanır. Bu parçaların gövde veya şasiye birleştirilmelerinden sonra geometrik açı ve boyutlarının ayarlanmasında ön düzen ayarı olarak tanımlanır. Taşıtın süspansiyon ve direksiyon sistemi ile doğrudan ilişkili olan ön düzen elemanları Şekil 3.2’de görülmektedir [43].
Şekil 3.2. Taşıtın ön düzeni oluşturan parçaları ve kanber açısı [43].
3.1.1. Ön Düzen Açıları
Araçların kararlı ve iyi yol tutuşu olması için ön düzen açıları, taşıt yükünün tekerlek yatakları ve süspansiyonuna uygun şekilde dağılımını sağlamalıdır. Ön düzen açılarının sağlanması ile tekerleklerin yola sürekli dik olarak kalması aracın konfor ve performansını artıracaktır [43].
3.1.2. Kamber açısı
Otomobillere ön tekerleklerine önden tarafından dik bakıldığında düşey eksene göre, tekerleklerin üst kısmının otomobilin dışına ya da merkezine doğru eğimine kamber açısı denir. Tekerleğin üst kısmı içe doğru belirli bir açı ile eğim yapıyorsa negatif kamber, dışa doğru eğimli ise pozitif kamber olarak tanımlanır.
Kamber açıları genellikle pozitif verilir. Bazı küçük çaplı tekerlekler için negatif kamber daha iyi sonuçlar vermektedir. Günümüz araçlarında kamber açısı oldukça küçük verilmektedir. Çünkü lastiklerin yüzeyleri genişletilmiş ve araç hızları artmıştır [43].
Otomobil süspansiyon ve ön düzen sisteminin tasarımını yapmışlardır. Sürüş sırasında kamber ve toe açılarındaki değişim tekerleklerin gereğinden fazla aşınmasına, kaster açışındaki değişim ise taşıtın doğrusal kararlılığının bozulmasına sebep olmaktadır. Çalışmada tekerlek hizalama parametreleri süspansiyon hareketinden bağımsız
3.1.2.1. Kamber Açısının Etkileri ve Amaçları
• Tekerin zemine daha iyi temas yapmasını sağlar,
• Direksiyonun kolay dönmesi için pozitif kamber kullanılır,çünkü pozitif kamber açısı lastiğin yere temas noktasını yük ekseninin yola temas noktasına getirerek, meydana gelen momenti azaltır.
• Gereğinden fazla negatif kamber tekerleğin içten aşınmasına, pozitif kamber açısı ise tekerleğin dıştan aşınmasına sebeb olur.
• Kamber açısının iki tarafta eşit olmaması taşıtın bir tarafa çekmesine neden olur. Taşıt, (+) pozitif kamber açısının büyük olduğu tarafa çekme yapar. İki tekerlek arasındaki kamber açısıfarkı 0,5 dereceden büyük olmamalıdır. Şekil 3.3’te kanber açısı şekil üzerinde gösterilmiştir.
Şekil 3.3. Serbest Süspansiyonlu Araçlarda Kanber Açısı [43].
Katı aks süspansiyon sistemlerinde kamber açısı değişimi küçük miktarlarda olmaktadır. Bağımsız süspansiyon sistemlerinde ise kamber açısı değişiminin performansı üzerine önemli etkileri olmaktadır. Bağımsız süspansiyon sistemlerde kamber açısı değişimi, hem gövdenin yuvarlanma hareketi hem de lastiklerin dikey eksende ki hareketi sonucu oluşur. Şekil 3.4’te kamber açısındaki kuvvet durumları gösterilmiştir [33].
